DE102016103053B4

DE102016103053B4 - Gasbereitstellungsvorrichtung, Verfahren zum Bereitstellen von Synthesegas und Kraftwerk

Info

Publication number: DE102016103053B4
Application number: DE102016103053.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Krüger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: DE102016103053A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasbereitstellungsvorrichtung für ein Kraftwerk mit Vergasungseinrichtung, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung eine mit der Vergasungseinrichtung in Strömungsverbindung bringbare oder an diese angeschlossene Synthesegasleitung sowie mindestens einen Gasspeicher für Synthesegas umfasst. Um eine derartige Gasbereitstellungsvorrichtung bereitzustellen, die auf technisch einfache Weise eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Synthesegas ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der mindestens eine Gasspeicher in die Synthesegasleitung geschaltet ist, dass die Gasbereitstellungsvorrichtung mindestens einen Regeneratorspeicher umfasst, der strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers in die Synthesegasleitung geschaltet ist zur Aufnahme von Wärme vom Synthesegas und dass der mindestens eine Regeneratorspeicher strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers in die mindestens eine Synthesegasleitung geschaltet ist zur Abgabe von Wärme an das Synthesegas. Außerdem betrifft die ein Kraftwerk und ein Verfahren zum Bereitstellen von Synthesegas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasbereitstellungsvorrichtung für ein Kraftwerk mit Vergasungseinrichtung, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung eine mit der Vergasungseinrichtung in Strömungsverbindung bringbare oder an diese angeschlossene Synthesegasleitung sowie mindestens einen Gasspeicher umfasst, wobei der mindestens eine Gasspeicher in die Synthesegasleitung geschaltet ist, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung mindestens einen Regeneratorspeicher umfasst, der strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers in die Synthesegasleitung geschaltet ist zur Aufnahme von Wärme vom Synthesegas, und wobei der mindestens eine Regeneratorspeicher strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers in die eine Synthesegasleitung geschaltet ist zur Abgabe von Wärme an das Synthesegas.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftwerk, umfassend eine Vergasungseinrichtung und eine Gasbereitstellungsvorrichtung.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen von aus einer Synthese stammendem Synthesegas.
Eine Gasbereitstellungsvorrichtung der eingangs genannten Art kann bei Kraftwerken und insbesondere Kraftwerken mit integrierter Vergasung eingesetzt werden. In derartigen Kraftwerken - beispielsweise Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC), Integrated Gasification Fuel Cell (IGFC) oder Integrated Gasification Fuel Cell Combined Cycle (IGFC-CC) - kann mittels der Vergasungseinrichtung ein fester Brennstoff in Synthesegas umgesetzt werden. Die Synthese erfolgt in stark exothermer Reaktion und aus insbesondere reaktionskinetischen Gründen bei hohem Druck (beispielsweise 25 bar) und hoher Temperatur (beispielsweise 1000 °C). Dies erlaubt es, eine kompakte Bauweise der Vergasungseinrichtung zu erzielen.
Für die Anwendung beispielsweise bei der Stromerzeugung ist das Synthesegas in den Kraftwerken zu reinigen oder aufzubereiten, um die Apparaturen und die Umwelt zu schützen. Bekannt ist der Einsatz von Kaltreinigungsanlagen, was jedoch eine Abkühlung des heißen, unter hohem Druck stehenden Synthesegases erfordert. Das ungereinigte Syntheserohgas kann beispielsweise in einem Rohgas-Reingas-Wärmeübertrager Wärme an gereinigtes Reingas übertragen.
Insgesamt weisen Kraftwerke mit integrierter Vergasungseinrichtung und Synthesegasreinigung oder -aufbereitung eine verhältnismäßig komplexe Konstruktion auf, um die thermische und stoffliche Integration der Teilprozesse sicherzustellen. Darunter leidet die betriebliche Verfügbarkeit des Kraftwerkes, insbesondere weil in der Praxis nicht alle Komponenten teillastfähig sind. Die Kraftwerke werden aus diesem Grund trotz der an sich guten Eignung von Synthesegas als gasförmiger Wärmeträger energetisch ungünstig mit geringem Wirkungsgrad in einer Grundlast betrieben.
Die WO 2010/084042 A2 beschreibt eine Gasbereitstellungsvorrichtung für ein Kraftwerk mit Vergasungseinrichtung der eingangs genannten Art. Bei dieser Gasbereitstellungsvorrichtung kommt auch ein Wärmeübertrager zum Einsatz, in dem von heißem Rohgas Wärme auf abgekühltes Reingas übertragen wird. Das Reingas kann in einer Nebenleitung zur Synthesegasleitung teilweise in dem mindestens einen Gasspeicher zwischengespeichert werden. Auf diese Weise sollen eine Mengen- und Druckregelung des Synthesegases in der Verbrauchseinrichtung (hier die Brennkammer einer Gasturbine) erzielt werden. Nachteilig ist jedoch, dass der Gasspeicher hochtemperaturbeständig sein muss und dadurch aus technischen und wirtschaftlichen Gründen in der Größe beschränkt ist. Es ist sogar erforderlich, das Synthesegas im Gasspeicher zur Vermeidung von Kondensation zu heizen, wodurch der Wirkungsgrad des Kraftwerkes weiter herabgesetzt wird.
Eine gattungsgemäße Gasbereitstellungsvorrichtung ist in der DE 34 14 140 A1 beschrieben. Die EP 0 127 093 A1 beschreibt ein Kraftwerk mit einer integrierten Vergasungsanlage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Gasbereitstellungsvorrichtung, ein Kraftwerk mit einer Gasbereitstellungsvorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen von Synthesegas bereitzustellen, die bzw. das auf technisch einfache Weise eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Synthesegas ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Gasbereitstellungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder mit den Merkmalen des Anspruches 2 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtung ist die Möglichkeit gegeben, die mengenmäßige Bereitstellung von Synthesegas und die thermische Wandlung zu entkoppeln. Für die bedarfsabhänge Menge des Synthesegases dient der mindestens eine Gasspeicher, und der mindestens eine Regeneratorspeicher wird für die thermische Wandlung eingesetzt. Schwankungen des Bedarfes an Synthesegas sowie ferner Schwankungen, die bei der Vergasung auftreten können, lassen sich ausgleichen. Die Verfügbarkeit von Synthesegas und der Wirkungsgrad des Kraftwerkes können gesteigert werden. Der mindestens eine Regeneratorspeicher kann dem Synthesegas im Direktkontakt effizient Wärme entziehen und Wärme an dieses abgeben. Abgekühltes Synthesegas kann im mindestens einen Gasspeicher konstruktiv einfach zwischengespeichert werden. Aus dem Gasspeicher kann das Synthesegas bei Bedarf ausgekoppelt und durch den mindestens einen Regeneratorspeicher geleitet werden, um es erneut aufzuheizen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Regeneratorspeicher zwei stofflich getrennte oder thermisch miteinander gekoppelte Bereiche umfasst, die nacheinander zum Laden bzw. Entladen durchströmt werden. Denkbar ist auch, dass das Synthesegas zwei unterschiedliche Regeneratorspeicher durchströmt, einen zum Laden vor dem mindestens einen Gasspeicher sowie einen zum Entladen nach dem mindestens einen Gasspeicher.
Ebenso wie der mindestens eine Gasspeicher kann der mindestens eine Regeneratorspeicher konstruktiv einfach ausgestaltet sein. Beispielsweise kann Naturstein wie etwa Basalt oder ein Speicher aus einem Keramikmaterial zum Einsatz kommen. Schüttgutspeicher sind ebenso möglich wie Festkörperspeicher, die eine intrinsische oder künstlich gebildete Porosität oder Kanalstruktur aufweisen. Kanäle im Regeneratorspeicher können mit oder ohne Rohrregister gebildet sein. Der Regeneratorspeicher ist vorzugsweise feuerfest und im Wesentlichen inert.
Von Vorteil ist es, wenn die Gasbereitstellungsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist und eine mit dieser gekoppelte Ventileinrichtung, die mindestens ein in die Synthesegasleitung geschaltetes Ventil aufweist, und wenn über die Steuereinrichtung die Menge an aus dem mindestens einen Gasspeicher entnommenem Synthesegas steuerbar und/oder regelbar ist. Der Steuereinrichtung kann mindestens eine Eingangsgröße betreffend den Bedarf an Synthesegas zugeführt werden. Das mindestens eine Ventil kann von der Steuereinrichtung zum Freigeben oder Verschließen der Synthesegasleitung angesteuert werden.
Mindestens ein Ventil kann aufstromseitig oder abstromseitig des mindestens einen Gasspeichers in die Synthesegasleitung geschaltet sein.
Vorzugsweise weist der mindestens eine Regeneratorspeicher eine Temperatur-Stabilität von mehr als 500°C auf, bevorzugt mehr als 1000°C.
Bevorzugt ist der mindestens eine Regeneratorspeicher druckstabil bis über 10 bar, vorteilhafterweise bis über 25 bar.
Der mindestens eine Regeneratorspeicher weist vorzugsweise eine Energiespeicherdichte von ungefähr 10-150 kWh/m³ und darüber auf.
Eine der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungvorrichtungen weist eine Gasreinigungseinrichtung auf, die in die Synthesegasleitung geschaltet ist. Die Gasreinigungseinrichtung ermöglicht die Reinigung und Aufbereitung des Synthesegases für nachgelagerte Verfahrensschritte, beispielsweise zum Einsatz in einer Brenneinrichtung für eine Gasturbine.
Die Gasreinigungseinrichtung ist bei der letztgenannten Gasbereitstellungsvorrichtung vor dem mindestens einen Gasspeicher in die Synthesegasleitung geschaltet. Die Anforderungen an den mindestens einen Gasspeicher, in dem Reingas statt Rohgas gespeichert werden kann, lassen sich auf diese Weise herabsetzen.
Günstig ist es, wenn die Gasreinigungseinrichtung zwischen den mindestens einen Regeneratorspeicher und den mindestens einen Gasspeicher in die Synthesegasleitung geschaltet ist. Dadurch kann eine effektive Kaltgasreinigung durchgeführt werden.
Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Gasreinigungseinrichtung vor dem mindestens einen Regeneratorspeicher in die Synthesegasleitung geschaltet ist.
Der mindestens eine Gasspeicher umfasst bei einer der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtungen einen Rohgasspeicher, der vor der Gasreinigungseinrichtung in die Synthesegasleitung geschaltet ist, und einen Reingasspeicher, der nach der Gasreinigungseinrichtung in die Synthesegasleitung geschaltet ist. Sowohl Rohgas als auch Reingas können bedarfsabhängig zwischengespeichert werden. Zu diesem Zweck sind vorteilhafterweise die vorstehend erwähnte Steuereinrichtung und eine Ventileinrichtung vorgesehen mit entsprechenden, in die Synthesegasleitung geschalteten Ventilen zum wahlweisen Freigeben und Verschließen derselben.
Günstig ist es bei einer der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtungen, dass die Synthesegasleitung in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt verzweigt, in die jeweils ein Regeneratorspeicher geschaltet ist, wenn der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sich strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers vereinigen, wenn die Synthesegasleitung strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers in einen dritten Abschnitt und einen vierten Abschnitt verzweigt, der in den zweiten Abschnitt bzw. in den ersten Abschnitt einzweigt, vorzugsweise zwischen den in diese geschalteten Regeneratorspeicher und die Stelle der Vereinigung des ersten Abschnittes und des zweiten Abschnittes miteinander. Synthesegas kann von der Vergasungseinrichtung durch den ersten Abschnitt und den darin enthaltenen Regeneratorspeicher strömen, um Wärme an diesen abzugeben. Strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers kann Synthesegas durch den dritten Abschnitt und den zweiten Abschnitt strömen und Wärme von diesem aufnehmen. In entsprechender Weise kann Synthesegas durch den zweiten Abschnitt und den darin enthaltenen Regeneratorspeicher strömen, um Wärme an diesen abzugeben. Strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers kann Synthesegas durch den vierten Abschnitt und den ersten Abschnitt strömen, um Wärme von dem darin enthaltenen Regeneratorspeicher aufzunehmen.
Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die Gasbereitstellungsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist und eine mit dieser gekoppelte Ventileinrichtung, die in die Synthesegasleitung geschaltete Ventile aufweist, wobei die Ventileinrichtung so ansteuerbar ist, dass Synthesegas wahlweise durch den ersten Abschnitt zum Laden des in diesen geschalteten ersten Regeneratorspeichers, den mindestens einen Gasspeicher, den dritten Abschnitt und den zweiten Abschnitt zum Entladen des in diesen geschalteten zweiten Regeneratorspeichers einerseits oder durch den zweiten Abschnitt zum Laden des in diesen geschalteten zweiten Regeneratorspeichers, den mindestens einen Gasspeicher, den vierten Abschnitt und den ersten Abschnitt zum Entladen des in diesen geschalteten ersten Regeneratorspeichers strömt. Die Regeneratorspeicher lassen sich bei dieser Ausführungsform alternierend laden und entladen. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführungsform im mindestens einen Gasspeicher ebenfalls Synthesegas bedarfsabhängig vorgehalten werden kann. Denkbar ist ferner, dass eine Gasreinigungseinrichtung vorgesehen ist, insbesondere nach der Vereinigung des ersten Abschnittes und des zweiten Abschnittes strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers. Es können außerdem ein Rohgasspeicher der Gasreinigungseinrichtung vorgelagert und ein Reingasspeicher der Gasreinigungseinrichtung nachgelagert in die Synthesegasleitung geschaltet sein.
Die Ventileinrichtung ist günstigerweise derart ansteuerbar, dass der erste Regeneratorspeicher und der zweite Regeneratorspeicher jeweils periodisch jeweils ladbar und entladbar sind.
Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftwerk. Ein erfindungsgemäßes, die eingangs gestellte Aufgabe lösendes Kraftwerk umfasst eine Vergasungseinrichtung und eine mit dieser in Strömungsverbindung stehende Gasbereitstellungsvorrichtung der vorstehend genannten Art, um der Gasbereitstellungsvorrichtung in der Vergasungseinrichtung entstehendes Synthesegas zuzuführen.
Die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtungen erwähnt wurden, können beim Kraftwerk ebenfalls erzielt werden. Diesbezüglich kann auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftwerks ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtungen.
Wie ebenfalls erwähnt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren. Ein erfindungsgemäßes, die eingangs gestellte Aufgabe lösendes Verfahren zum Bereitstellen von aus einer Synthese stammendem Synthesegas umfasst die Merkmale des unabhängigen Anspruches 16 oder die Merkmale des unabhängigen Anspruches 17.
Die Vorteile, die unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtung erzielbar sind, können unter Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls erzielt werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen kann auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Regeneratorspeicher von dem ihn durchströmenden Synthesegas zunächst geladen und später entladen wird. Denkbar ist auch, dass zwei Regeneratorspeicher vorhanden sind, deren jeder alternierend geladen und entladen wird, wobei das Synthesegas ausgehend von der Vergasungseinrichtung zunächst durch einen Regeneratorspeicher, dann den mindestens einen Gasspeicher und anschließend durch den jeweils anderen Regeneratorspeicher strömt.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtungen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Kraftwerks, umfassend eine erste Ausführungsform einer Gasbereitstellungsvorrichtung;
2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftwerks, umfassend eine zweite Ausführungsform einer Gasbereitstellungsvorrichtung in einem ersten Betriebszustand, bei der es sich um eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasbereitstellungsvorrichtung handelt; und
3: eine Darstellung entsprechend 2 in einem ersten Betriebszustand.

Nachfolgend wird unter Verweis auf die 1 bis 3 auf vorteilhafte Ausführungsformen eines Kraftwerkes und einer Gasbereitstellungsvorrichtung eingegangen, wobei mit den Ausführungsformen der 2 und 3 vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar sind.
1 zeigt schematisch ein mit dem Bezugszeichen 10 belegtes Kraftwerk, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Gasbereitstellungsvorrichtung 12 umfasst. Das Kraftwerk 10 umfasst eine Vergasungseinrichtung 14 zur integrierten Vergasung und zur Bereitstellung eines Synthesegases. Das Kraftwerk 10 umfasst ferner eine Verbrauchseinrichtung 16, in der das Synthesegas eingesetzt wird. Die Verbrauchseinrichtung 16 ist beispielsweise eine Brenneinrichtung mit daran angeschlossener oder integrierter Gasturbine.
Die Gasbereitstellungsvorrichtung 12 ist an einer Eingangsseite zur Ausbildung einer Strömungsverbindung an die Vergasungseinrichtung 14 angeschlossen und weist zu diesem Zweck eine Synthesegasleitung 18 auf. In Strömungsrichtung des Synthesegases ist in die Synthesegasleitung 18 ein Regeneratorspeicher 20 geschaltet, der einen ersten Bereich 22 und einen zweiten Bereich 24 aufweist. Der erste Bereich 22 und der zweite Bereich 24 sind thermisch miteinander gekoppelt, aber stofflich voneinander entkoppelt.
Der Regeneratorspeicher 20 kann vielfältig ausgestaltet sein, beispielsweise als Festkörperspeicher mit intrinsisch gebildeten oder bereitgestellten Durchgängen, aus Naturstein, einem Keramikmaterial, als Schüttgutspeicher etc. Der Regeneratorspeicher 20 ist bevorzugt feuerfest und im Wesentlichen inert.
Eintretendes Synthesegas kann den Regeneratorspeicher 20 am ersten Bereich 22 durchströmen. Die vom Synthesegas an den Regeneratorspeicher 20 abgegebene Wärme wird darin gespeichert. Aufgrund der thermischen Kopplung wird nicht nur der vom Synthesegas durchströmte erste Bereich 22 erhitzt, sondern auch der zweite Bereich 24.
Strömungsabwärts des Regeneratorspeichers 20 ist in die Synthesegasleitung 18 eine Gasreinigungseinrichtung 26 geschaltet. Synthesegas kann für die spätere Anwendung in der Verbrauchseinrichtung 16 gereinigt und konditioniert werden. Als vorteilhaft erweist es sich dabei, dass bereits Wärme an den Regeneratorspeicher 20 abgegeben wurde und eine effiziente Kaltgasreinigung durchführbar ist.
In weiterer Strömungsrichtung des Synthesegases ist ein Gasspeicher 28 der Gasbereitstellungsvorrichtung 12 in die Synthesegasleitung 18 geschaltet. Synthesegas kann im Gasspeicher 28 gespeichert werden. Zur bedarfsgerechten, wahlweisen Abgabe von Synthesegas aus dem Gasspeicher 28 umfasst die Gasbereitstellungsvorrichtung 12 eine Ventileinrichtung 30, die beispielsweise ein in die Synthesegasleitung 18 geschaltetes Ventil 32 umfasst. Die Ventileinrichtung 30 ist von einer Steuereinrichtung 34 der Gasbereitstellungsvorrichtung 12 ansteuerbar. Die Menge an Synthesegas, die dem Gasspeicher 28 entnommen wird, kann auf diese Weise gesteuert und/oder geregelt werden.
In Strömungsrichtung des Synthesegases ist dem Gasspeicher 28 und dem Ventil 32 nachgelagert erneut der Regeneratorspeicher 20 in die Synthesegasleitung 18 geschaltet. Dies erfolgt derart, dass der zweite Bereich 24 von aus dem Gasspeicher 28 entnommenem Synthesegas durchströmt wird. Ausgangsseitig des Regeneratorspeichers 20 am zweiten Bereich 24 ist die Synthesegasleitung 18 an die Verbrauchseinrichtung 16 angeschlossen.
Das im Gasspeicher 28 gespeicherte und gereinigte Synthesegas kann beim Durchströmen des zweiten Bereiches 24 aufgeheizt und auf eine Prozesstemperatur gebracht werden, die für den Einsatz in der Verbrauchseinrichtung 16 optimiert ist. Die Übertragung von Wärme vom ursprünglichen Roh-Synthesegas den Regeneratorspeicher 20 und von diesem wieder an das gereinigte Synthesegas kann mit hoher Effizienz erfolgen.
Ferner besteht bei der Gasbereitstellungsvorrichtung 12 und beim Kraftwerk 10 der Vorteil, dass eine Entkopplung der thermischen Wandlung einerseits und von der stofflichen Verfügbarkeit andererseits möglich ist. Je nach Bedarf kann, wie erwähnt, Synthesegas aus dem Gasspeicher 28 entnommen und der Verbrauchseinrichtung 16 zugeführt werden. Dies erlaubt einen Betrieb des Kraftwerkes 10 sowohl in Teillast als auch in Grundlast bei hohem Wirkungsgrad.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 26' eine mögliche alternative Position der Gasreinigungseinrichtung 26 in der Synthesegasleitung 18 angedeutet. Dabei kann vorgesehen, dass die Gasreinigungseinrichtung 26' aufstromseitig des Regeneratorspeichers 20 in die Synthesegasleitung 18 geschaltet ist.
Mit dem Bezugszeichen 26" ist eine weitere mögliche Alternativposition der Gasreinigungseinrichtung in der Synthesegasleitung 18 angedeutet. In diesem Fall kann die Gasreinigungseinrichtung 26" strömungsabwärts des Gasspeichers 28 und des Ventils 32 in die Synthesegasleitung 18 geschaltet sein.
Die 2 und 3 zeigen eine mit dem Bezugszeichen 40 belegte vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwerks, das eine bevorzugte Ausführungsform einer Gasbereitstellungsvorrichtung umfasst, die mit dem Bezugszeichen 42 belegt ist.
Das Kraftwerk 40 umfasst ebenfalls eine Vergasungseinrichtung 14 und eine Verbrauchseinrichtung 16. Die Gasbereitstellungsvorrichtung 42 weist eine Synthesegasleitung 44 auf, deren Eingangsseite an die Vergasungseinrichtung 14 angeschlossen ist. Die Synthesegasleitung 44 verzweigt in einen ersten Abschnitt 46 und einen zweiten Abschnitt 48. Eine Ventileinrichtung 50 umfasst an der Stelle der Verzweigung ein Ventil 52, vorliegend ausgestaltet als Dreiwegeventil. Eine Steuereinrichtung 54 ist vorgesehen, um die Ventileinrichtung 50 und damit das Ventil 52 sowie deren nachfolgend noch erwähnten Ventile anzusteuern.
Die Gasbereitstellungsvorrichtung 42 umfasst einen ersten Regeneratorspeicher 56, der in den ersten Abschnitt 46 geschaltet ist, und einen zweiten Regeneratorspeicher 58, der in den zweiten Abschnitt 48 geschaltet ist.
In weiterer Strömungsrichtung des Synthesegases durch den ersten Abschnitt 46 und den zweiten Abschnitt 48 (ausgehend von der Vergasungseinrichtung 14) vereinigen sich der erste Abschnitt 46 und der zweite Abschnitt 48 bei 60. Strömungsabwärts der Vereinigung 60 umfasst die Gasbereitstellungsvorrichtung 42 einen in die Synthesegasleitung 44 geschalteten ersten Gasspeicher 62. Strömungsabwärts des ersten Gasspeichers 62 sind eine Gasreinigungseinrichtung 64 und ein zweiter Gasspeicher 66 in die Synthesegasleitung 44 geschaltet.
Ein Ventil 68 der Ventileinrichtung 50 kann vorgesehen sein, um die Synthesegasleitung 44 zwischen dem ersten Gasspeicher 62 und der Gasreinigungseinrichtung 64 abzusperren oder freizugeben.
Strömungsabwärts des zweiten Gasspeichers 66 verzweigt die Synthesegasleitung 44 in einen dritten Abschnitt 70 und einen vierten Abschnitt 72. Zu diesem Zweck umfasst die Ventileinrichtung 50 ein Ventil 74, vorliegend ausgestaltet als Dreiwegeventil.
Der dritte Abschnitt 70 zweigt in den zweiten Abschnitt 48 ein, in den zu diesem Zweck ein als Dreiwegeventil ausgestaltetes Ventil 76 der Ventileinrichtung 50 geschaltet ist. In entsprechender Weise zweigt der vierte Abschnitt 72 in den ersten Abschnitt 46, in den zu diesem Zweck ein als Dreiwegeventil ausgestaltetes Ventil 78 der Ventileinrichtung 50 geschaltet ist. Die Abschnitte 70 und 72 zweigen zwischen dem zweiten Regeneratorspeicher 58 und der Stelle der Vereinigung 60 in den zweiten Abschnitt 48 bzw. zwischen dem ersten Regeneratorspeicher 56 und der Stelle der Vereinigung 60 in den ersten Abschnitt 46.
Die Synthesegasleitung 44 weist ferner einen fünften Abschnitt 80 und einen sechsten Abschnitt 82 auf. Der fünfte Abschnitt 80 verbindet den zweiten Abschnitt 48 vorliegend aufstromseitig des zweiten Regeneratorspeichers 58 mit der Verbrauchseinrichtung 16. Der fünfte Abschnitt 80 kann mittels eines Ventils 84 der Ventileinrichtung 50 gesperrt oder freigegeben werden.
In entsprechender Weise verbindet der sechste Abschnitt 82 den ersten Abschnitt 46 vorliegend aufstromseitig des ersten Regeneratorspeichers 56 mit der Verbrauchseinrichtung 16. Der sechste Abschnitt 82 kann mittels eines Ventils 86 der Ventileinrichtung 50 wahlweise freigegeben oder gesperrt werden.
Unter Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 54 kann die Ventileinrichtung 50 derart geschaltet werden, dass die Regeneratorspeicher 56 und 58 alternierend geladen werden, unter Aufnahme von Wärme aus dem Synthesegas, und entladen werden, unter Abgabe von Wärme an das Synthesegas. Ein jeweiliger Regeneratorspeicher 56, 58 wird im Ladebetrieb oder Entladebetrieb von dem Synthesegas in vorliegend unterschiedlicher Richtung durchströmt. Dies wird nachfolgend unter Verweis auf die 2 und 3 erläutert.
In einem ersten Betriebszustand (2) wird der Regeneratorspeicher 56 geladen und der Regeneratorspeicher 58 entladen. Zu diesem Zweck sind die Ventile 52, 78, 74, 76 und 84 so geschaltet, dass Synthesegas ausgehend von der Vergasungseinrichtung 14 durch den ersten Abschnitt 46, den Regeneratorspeicher 56, den Gasspeicher 62, die Gasreinigungseinrichtung 64, den Gasspeicher 66, den dritten Abschnitt 70, den Regeneratorspeicher 58 und den fünften Abschnitt 80 zur Verbrauchseinrichtung 16 strömt. Der sechste Abschnitt 82 ist mittels des Ventils 86 gesperrt.
Dabei gibt das heiße Synthesegas Wärme an den Regeneratorspeicher 56 ab und nimmt Wärme vom Regeneratorspeicher 58 auf. Es versteht sich ferner, dass in den Gasspeichern 62 und/oder 66 abgekühltes Rohgas bzw. Reingas bedarfsabhängig zwischengespeichert werden können. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung 54 insbesondere die Ventile 68 und 74 ansteuern, um die Menge an der Verbrauchseinrichtung 16 zugeführtem Synthesegas bedarfsabhängig zu steuern und/oder zu regeln.
Da sich der Regeneratorspeicher 56 erwärmt und der Regeneratorspeicher 58 abkühlt, kann der Betriebszustand der Gasbereitstellungsvorrichtung 42 zur Änderung der Strömungsrichtung des Synthesegases geändert werden ( 3). In einem zweiten Betriebszustand sind die Ventile 52, 76, 74, 78 und 86 dabei so geschaltet, dass Synthesegas ausgehend von der Vergasungseinrichtung 14 durch den zweiten Abschnitt 48, den Regeneratorspeicher 58, den Gasspeicher 62, die Gasreinigungseinrichtung 64, den Gasspeicher 66, den vierten Abschnitt 72, den Regeneratorspeicher 56 und den sechsten Abschnitt 82 zur Verbrauchseinrichtung 16 strömt. Das Ventil 82 sperrt den fünften Abschnitt 80.
Wärme kann vom Regeneratorspeicher 58 aufgenommen und vom Regeneratorspeicher 56 an das Synthesegas abgegeben werden. Selbstverständlich ist es auch in diesem Fall möglich, die Menge an Synthesegas, das der Verbrauchseinrichtung 16 bereitgestellt oder in den Gasspeichern 62 und/oder 64 zwischengespeichert wird, insbesondere unter Ansteuerung der Ventile 68 und 74 mittels der Steuereinrichtung 54 zu steuern und/oder zu regeln.
Bei der Gasbereitstellungsvorrichtung 42 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Regeneratorspeicher 56 und 58 periodisch ladbar und entladbar sind. Jedoch ist auch ein aperiodischer Betrieb möglich, je nach Bedarf von Synthesegas an der Verbrauchseinrichtung 16.
Bezugszeichenliste

10: Kraftwerk
12: Gasbereitstellungsvorrichtung
14: Vergasungseinrichtung
16: Verbrauchseinrichtung
18: Synthesegasleitung
20: Regeneratorspeicher
22: erster Bereich
24: zweiter Bereich
26: Gasreinigungseinrichtung
26': Gasreinigungseinrichtung
26": Gasreinigungseinrichtung
28: Gasspeicher
30: Ventileinrichtung
32: Ventil
34: Steuereinrichtung
40: Kraftwerk
42: Gasbereitstellungsvorrichtung
44: Synthesegasleitung
46: erster Abschnitt
48: zweiter Abschnitt
50: Ventileinrichtung
52: Ventil
54: Steuereinrichtung
56: erster Regeneratorspeicher
58: zweiter Regeneratorspeicher
60: Vereinigung
62: erster Gasspeicher
64: Gasreinigungseinrichtung
66: zweiter Gasspeicher
68: Ventil
70: dritter Abschnitt
72: vierter Abschnitt
74: Ventil
76: Ventil
78: Ventil
80: fünfter Abschnitt
82: sechster Abschnitt
84: Ventil
86: Ventil

Claims

Gasbereitstellungsvorrichtung für ein Kraftwerk mit Vergasungseinrichtung, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine mit der Vergasungseinrichtung (14) in Strömungsverbindung bringbare oder an diese angeschlossene Synthesegasleitung (44) sowie mindestens einen Gasspeicher (62, 66) für Synthesegas umfasst, wobei der mindestens eine Gasspeicher (62, 66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) mindestens einen Regeneratorspeicher (56, 58) umfasst, der strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist zur Aufnahme von Wärme vom Synthesegas, und wobei der mindestens eine Regeneratorspeicher (56, 58) strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in die mindestens eine Synthesegasleitung (44) geschaltet ist zur Abgabe von Wärme an das Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine Gasreinigungseinrichtung (64) aufweist, die in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist, und dass der mindestens eine Gasspeicher (62, 66) einen Rohgasspeicher (62) umfasst, der vor der Gasreinigungseinrichtung (64) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist, und einen Reingasspeicher (66), der nach der Gasreinigungseinrichtung (64) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung für ein Kraftwerk mit Vergasungseinrichtung, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine mit der Vergasungseinrichtung (14) in Strömungsverbindung bringbare oder an diese angeschlossene Synthesegasleitung (44) sowie mindestens einen Gasspeicher (62, 66) für Synthesegas umfasst, wobei der mindestens eine Gasspeicher (62, 66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist, wobei die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) mindestens einen Regeneratorspeicher (56, 58) umfasst, der strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist zur Aufnahme von Wärme vom Synthesegas, wobei der mindestens eine Regeneratorspeicher (56, 58) strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in die mindestens eine Synthesegasleitung (44) geschaltet ist zur Abgabe von Wärme an das Synthesegas, dadurch gekennzeichnet dass die Synthesegasleitung (44) in einen ersten Abschnitt (46) und einen zweiten Abschnitt (48) verzweigt, in die jeweils ein Regeneratorspeicher (56, 58) geschaltet ist, dass der erste Abschnitt (46) und der zweite Abschnitt (48) sich strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) vereinigen, dass die Synthesegasleitung (44) strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in einen dritten Abschnitt (70) und einen vierten Abschnitt (72) verzweigt, der in den zweiten Abschnitt (48) bzw. in den ersten Abschnitt (46) einzweigt.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine Steuereinrichtung (54) aufweist und eine mit dieser gekoppelte Ventileinrichtung (50), die mindestens ein in die Synthesegasleitung (44) geschaltetes Ventil aufweist, und dass über die Steuereinrichtung (54) die Menge an aus dem mindestens einen Gasspeicher (62, 66) entnommenem Synthesegas steuerbar und/oder regelbar ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperatur-Stabilität des mindestens einen Regeneratorspeichers (56, 58) von mehr als 500°C, bevorzugt mehr als 1000°C.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druck-Stabilität des mindestens einen Regeneratorspeichers (56, 58) von mehr als 10 bar, bevorzugt mehr als 25 bar.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Energiespeicherdichte des mindestens einen Regeneratorspeichers (56, 58) von ca. 10-150 kWh/m³ und darüber.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3 bis 6, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine Gasreinigungseinrichtung (64) aufweist, die in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinrichtung (64) vor dem mindestens einen Gasspeicher (62, 66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinrichtung (64) zwischen den mindestens einen Regeneratorspeicher (56, 58) und den mindestens einen Gasspeicher (66) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinrichtung (64) vor dem mindestens einen Regeneratorspeicher (56, 58) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gasspeicher (62, 66) einen Rohgasspeicher (62) umfasst, der vor der Gasreinigungseinrichtung (64) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist, und einen Reingasspeicher (66), der nach der Gasreinigungseinrichtung (64) in die Synthesegasleitung (44) geschaltet ist.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Synthesegasleitung (44) in einen ersten Abschnitt (46) und einen zweiten Abschnitt (48) verzweigt, in die jeweils ein Regeneratorspeicher (56, 58) geschaltet ist, dass der erste Abschnitt (46) und der zweite Abschnitt (48) sich strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) vereinigen, dass die Synthesegasleitung (44) strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in einen dritten Abschnitt (70) und einen vierten Abschnitt (72) verzweigt, der in den zweiten Abschnitt (48) bzw. in den ersten Abschnitt (46) einzweigt.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 2, Anspruch 12 oder einem der Ansprüche 3 bis 11, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbereitstellungsvorrichtung (42) eine Steuereinrichtung (54) aufweist und eine mit dieser gekoppelte Ventileinrichtung (50), die in die Synthesegasleitung (44) geschaltete Ventile aufweist, wobei die Ventileinrichtung (50) so ansteuerbar ist, dass Synthesegas wahlweise durch den ersten Abschnitt (46) zum Laden des in diesen geschalteten ersten Regeneratorspeichers (56), den mindestens einen Gasspeicher (62, 66), den dritten Abschnitt (70) und den zweiten Abschnitt (48) zum Entladen des in diesen geschalteten zweiten Regeneratorspeichers (58) einerseits oder durch den zweiten Abschnitt (48) zum Laden des in diesen geschalteten zweiten Regeneratorspeichers (58), den mindestens einen Gasspeicher (62, 66), den vierten Abschnitt (72) und den ersten Abschnitt (46) zum Entladen des in diesen geschalteten ersten Regeneratorspeichers (56) strömt.
Gasbereitstellungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (50) derart ansteuerbar ist, dass der erste Regeneratorspeicher (56) und der zweite Regeneratorspeicher (58) jeweils periodisch ladbar und entladbar sind.
Kraftwerk, umfassend eine Vergasungseinrichtung und eine mit dieser in Strömungsverbindung stehende Gasbereitstellungsvorrichtung (42) nach einem der voranstehenden Ansprüche, um dieser in der Vergasungseinrichtung entstehendes Synthesegas zuzuführen.
Verfahren zum Bereitstellen von aus einer Synthese stammendem Synthesegas, wobei ein in eine Synthesegasleitung (44) geschalteter Regeneratorspeicher (56, 58) durchströmt und dieser in einen Ladezustand überführt wird, und Synthesegas anschließend in mindestens einem strömungsabwärts in die Synthesegasleitung (44) geschalteten Gasspeicher (62, 66) wahlweise zwischengespeichert wird, und wobei das Synthesegas anschließend durch einen Regeneratorspeicher (56, 58) strömt und diesen in einen Entladezustand überführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas zur Reinigung eine in die Synthesegasleitung (44) geschaltete Gasreinigungseinrichtung (64) durchströmt und das Synthesegas wahlweise in einem vor der Gasreinigungseinrichtung (64) geschalteten Rohgasspeicher (62) des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) und in einem nach der Gasreinigungseinrichtung(64) in die Synthesegasleitung (44) geschalteten Reingasspeicher (66) des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) zwischengespeichert wird.
Verfahren zum Bereitstellen von aus einer Synthese stammendem Synthesegas, wobei ein in eine Synthesegasleitung (44) geschalteter Regeneratorspeicher (56, 58) durchströmt und dieser in einen Ladezustand überführt wird, und Synthesegas anschließend in einem strömungsabwärts in die Synthesegasleitung (44) geschalteten Gasspeicher (62, 66) wahlweise zwischengespeichert wird, und wobei das Synthesegas anschließend durch einen Regeneratorspeicher (56, 58) strömt und diesen in einen Entladezustand überführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthesegasleitung (44) in einen ersten Abschnitt (46) und einen zweiten Abschnitt (48) verzweigt, in die jeweils ein Regeneratorspeicher (56, 58) geschaltet ist, dass der erste Abschnitt (46) und der zweite Abschnitt (48) sich strömungsaufwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) vereinigen, dass die Synthesegasleitung (44) strömungsabwärts des mindestens einen Gasspeichers (62, 66) in einen dritten Abschnitt (70) und einen vierten Abschnitt (72) verzweigt, der in den zweiten Abschnitt (48) bzw. in den ersten Abschnitt (46) einzweigt, wobei Synthesegas wahlweise durch den ersten Abschnitt (46), einen ersten Regeneratorspeicher (56), den Gasspeicher (62, 66) den dritten Abschnitt (70), den zweiten Abschnitt (48) und einen zweiten Regeneratorspeicher (58) strömt oder durch den zweiten Abschnitt (48), den zweiten Regeneratorspeicher (58), den Gasspeicher (62, 66), den vierten Abschnitt (72), den ersten Abschnitt (46) und den ersten Regeneratorspeicher (56).